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KY一體化安裝型工業(yè)溫控器在井式爐溫控系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘要：本文主要介紹了一體化安裝型工業(yè)溫控器-KY系列智能溫控器的溫度測量和控制原理，并結(jié)合井式爐的特性，闡述了此KY系列一體化安裝型工業(yè)溫控器在井式爐爐溫控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。

1、引言

溫度是表征體系中物質(zhì)內(nèi)部大量分子、原子平均動能的一個宏觀物理量，是確定物體狀態(tài)的一個基本參量。物質(zhì)的物理化學(xué)特性，無不與溫度有著密切的關(guān)系，因此，準(zhǔn)確測量和控制溫度，在熱處理應(yīng)用中十分重要。

2、 KY系列一體化安裝型工業(yè)溫控器的溫度測量及控制原理

2.1溫度測量、顯示原理

溫度信號為非電量值，工業(yè)控制應(yīng)用中多是利用溫度傳感器采集測量物質(zhì)的溫度。通過溫度傳感器將測量的溫度信號轉(zhuǎn)換為電信號，再通過放大、濾波后送A/D轉(zhuǎn)換器，實現(xiàn)模擬信號到相應(yīng)數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換，然后利用數(shù)字信號處理方法計算得出溫度值，實現(xiàn)溫度的測量，KY系列一體化安裝型工業(yè)溫控器也是采用這一方法，測量過程如圖1所示。

圖1 溫度測量方框圖

圖1中被放大的測量信號仍為模擬電信號，不能被單片機(jī)識別，要實現(xiàn)測量溫度值的顯示和單片機(jī)控制處理，還需要進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換操作，溫度信號顯示過程如圖2所示。

圖2 溫度顯示方框圖

2.2 KY系列一體化安裝型工業(yè)溫控器溫度控制原理

被放大的溫度測量信號經(jīng)A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換后，成為單片機(jī)可識別的數(shù)字信號，并將其送入主控單元，與主控單元已設(shè)置好的給定值比較，經(jīng)過PID運(yùn)算得到輸出控制值。此輸出控制值用來控制KY系列一體化安裝型工業(yè)溫控器的可控硅模塊單元導(dǎo)通角大小，進(jìn)而控制執(zhí)行元件加熱功率，最終達(dá)到控制被測系統(tǒng)溫度值的功能。溫度控制過程如圖3所示。

圖3 溫度控制方框圖

3、井式爐特性

井式爐是周期式作業(yè)爐，適用于桿類、長軸類零件的熱處理。

井式爐外殼又鋼板和型鋼制成圓柱形爐體，全數(shù)采用密封焊接。加熱元件繞成螺旋狀裝置在爐膛的擱絲磚上。井式爐的結(jié)構(gòu)是：爐身是圓筒形的深井，工件由專用吊車垂直裝入爐內(nèi)加熱，所使用的燃料通常為煤氣和燃油。以電為熱源的井式爐為井式電阻爐。

熱量從一個物體傳向另一物體或由同一物體的某一部分傳向另一部分的過程成為傳熱或換熱。井式電阻爐整個爐膛是一個密閉的空間，具有輻射傳熱的特性，對沒有強(qiáng)制對流的井式爐還應(yīng)當(dāng)在爐子的上部與下部適當(dāng)增加一些功率。由于井式爐結(jié)構(gòu)和電熱體布置等原因，爐內(nèi)的實際溫度分布是不均勻的。

4、KY系列一體化安裝型工業(yè)溫控器在井式電阻爐中的應(yīng)用

由井式爐爐體特性可知，爐膛內(nèi)的各區(qū)的升溫特性不同，而熱處理工藝所需要的卻是在一個工作空間內(nèi)的溫度分布均勻，并能長時間保持穩(wěn)定。熱電偶KY系列一體化安裝型工業(yè)溫控器可實現(xiàn)對爐內(nèi)局部溫度的控制和測量，在這樣的條件下，為了確保爐內(nèi)工作空間爐溫的均勻性，采用多區(qū)溫度控制。

熱處理過程也要求零件在爐內(nèi)加熱到所需溫度（零件中心也達(dá)到這個溫度），即要求測量到零件的真實溫度，并保持一定的時間。只有被測介質(zhì)、零件和熱電偶之間的熱交換過程達(dá)到完全的動態(tài)平衡，熱電偶檢測到的溫度才能代表零件溫度。但是由于它們之間傳熱的復(fù)雜性和測溫存在滯后等因素，要想達(dá)到完全動態(tài)平衡是不可能的，為使熱電偶測量溫度與零件實際溫度相近，采用多點溫度采集。

圖4 熱電偶分布示意圖

不同爐子的溫度均勻性不同，進(jìn)行多區(qū)工藝曲線控制前，需要先測試爐子的溫度均勻特性。具體做法是，首先根據(jù)爐體大小和井式爐加熱空間分布特性，選用3個測溫精度相同的熱電偶分別固定在如圖4所示的爐體位置，完成井式爐上、中、下三個加熱工作區(qū)的溫度采集，分別作為1、2、3加熱區(qū)的采集溫度。安裝熱電偶時，需要注意不要熱電偶與爐膛的爐壁貼合在一起，以免測試溫度為爐壁溫度，影響系統(tǒng)的控制精度。

再將3個熱電偶對應(yīng)接入三臺KY系列一體化安裝型工業(yè)溫控器分別控制1、2、3區(qū)加熱元件工作，根據(jù)3個加熱區(qū)采集到的溫度值與設(shè)定溫度差值，進(jìn)行PID運(yùn)算，在爐子升溫過程中，根據(jù)各個溫區(qū)的加熱情況，不斷調(diào)整三區(qū)PID控制參數(shù)和輸出大小，以使三個溫區(qū)的溫度基本一致，即保證整個爐膛內(nèi)工作區(qū)的溫度均勻。在調(diào)節(jié)爐膛溫度均勻性的過程中，記錄數(shù)據(jù)，得到爐子的加熱特性。溫度均勻性測試后，根據(jù)測試得出的數(shù)據(jù)，分別設(shè)置三個KY系列一體化安裝型工業(yè)溫控器的工藝曲線參數(shù)，進(jìn)而實現(xiàn)對多個溫區(qū)的控制。

圖5 KY一體化安裝型工業(yè)溫控器

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